ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
L Ờ I M
Ở D Ầ U
ế Ngày nay do ảnh hưởng c a ủ bi n đ i ổ khí h u ậ toàn c u ầ đã gây ra nhi u ề hi nệ
ư tượng th i ờ ti ế ự đoan nh lũ l t c c ụ , h n hạ t án, nhi ệ ộ trái đ t tấ ăng, sóng th n…ầ t đ
đã
ế ớ ườ ướ ộ làm ảnh hưởng l n đ n cu c s ủ ộ ống c a con ng i. N c ta là m t trong nh ững
ưở ề ừ ế n c ướ ch u ị ảnh h ng ặ n ng n t ổ bi n đ i khí h u ậ ậ , vì v y xây d ộ ệ ựng m t h
ủ ợ ề ầ ệ ấ ớ thống th y l ạ i quy mô l n, hi n đ i là v n đ c n thi ế ố ớ ướ t đ i v i n ớ ự c ta. V i s
ể ủ ọ ậ ượ phát tri n c a khoa h c kĩ thu t, ch t l ấ ượng h ệ thống th y ủ ngày càng đ c nâng
ệ ộ ề ể cao đ c ặ bi t là kh năả ng áp dụng các b đi u khi n lôgic kh ả trình PLC vào
vi c t ệ ự ộng hóa đ
ư ề ể ề ể ạ cũng nh đi u khi n h ệ thống giúp h ệ thống đi u khi n linh ho t, nhanh, ch ính
ứ ướ ề ề ể xác.Sau đây em xin trình bày đ tài “ đi u khi n m c n c trong bình ch a ứ ” đây
ỏ ủ ệ ồ ậ ướ ự ề ế là mô hình thu nh c a h thông h đ p trong n c ta giúp s đi u ti ướ t m c
ướ ợ ồ ậ n c h p lý trong h đ p.
ố ắ ề ể ề ặ ấ ớ ạ M c dù em đã c g ng r t nhi u đ hoàn thành đ tài song do gi ề i h n v
ờ ư ế ự ứ ủ ế ộ ọ th i gian ,cũng nh ki n th c nên n i dung còn thi u sót.em m ng s góp ý c a
ư ạ ầ th y cũng nh các b n.
ả ơ Em xin chân thành c m n!
Trang: 1
ư ầ Sinh viên : Tr n Văn H ng
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
Ụ
Ụ
M C L C
LỜI MỞ DẦU....................................................................................................... 1
ơ ở
ề
ể
CH
ế NGƯƠ I. C s lý thuy t đi u khi n và matlab
ơ ở ể ự ề ế 1.1. C s lý thuy t đi u khi n t
đ ngộ .................................................... 3
ộ ặ ủ ệ ố ọ ủ 1.2. Đ c tính đ ng h c c a các khâu và c a h th ng
ề ầ ố................................................................................... trong mi n t n s
9
ủ ệ ố ổ ị ể ự ề 1.3. Tính n đ nh c a h th ng đi u khi n t
đ ngộ ................................ 18
1.4 MATLAB.............................................................................................. 19
ƯƠ
ự
ả
ứ ướ
CH NG II. Xây d ng và mô t
bài toán m c n
c trong bình
ố ượ ............................................................................... 2.1. Mô hình đ i t ng
25
ự ọ ệ ố ......................................... 2.2. Xây d ng mô hình toán h c cho h th ng
25
ộ ả ặ ọ ủ ệ ố ................................... 2.3. Kh o sát các đ c tính đ ng h c c a h th ng
Trang: 2
27
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ƯƠ
ế ế ộ ề
CH NG III.
Thi
t k b đi u khi n
ể PID
ố ị .......................................................................... 3.1.Xác đ nh thông s PID
33
ỏ ...................................................................... 3.2. Mô ph ng trên simulink
35
ử ụ ố ị ............................... 3.3.S d ng simulink tuning xác đ nh thông s PID
37
ế
ậ ...............................................................................................................
K t Lu n
39
ệ
ả .......................................................................................
Tài li u tham kh o
39
ơ ở
ể
ề
CH
ế NGƯƠ I. C s lý thuy t đi u khi n và matlab
ể ự ộ ơ ở ế ề 1.1. C s lý thuy t đi u khi n t đ ng
ị 1.1.1. Đ nh nghĩa:
ử ể ề ậ ệ Đi u khi n là quá trình thu th p thông tin, x lý thông tin và tác lên h
ụ ầ ớ ố ị ướ ể ự ộ ề ề th ng “g n” v i m c đích đ nh tr c. đi u khi n t ể đ ng là quá trình đi u khi n
ủ ự ộ ườ ủ ệ ứ ầ không có s tác đ ng c a con ng i.đáp ng c a h thông thõa mãn yêu c u
ệ ả ấ ộ tăng đ chính xác,tăng năng su t,tăng hi u qu kinh t ế ,
Trang: 3
ộ ệ ố ể ự ộ ề ượ ư ừ ầ ơ ả M t h th ng đi u khi n t đ ng đ c xây d ng t 3 thành ph n c b n:
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ố ượ O : đ i t ng .
ể ộ ề C : b đi u khi n.
ơ ấ ả ườ ế M : c m bi n (c c u đo l ng)
ệ ố ệ ạ ồ Các lo i tín hi u có trong h th ng g m :
ể ề ệ ệ u : tín hi u vào (tín hi u đi u khi n)
y : tín hi u raệ
ộ f : các tác đ ng bê ngoài
ệ ả ồ z : tín hi u ph n h i
ệ ề ể e : sai l ch đi u khi n
ể ề ắ 1.1.2. Các nguyên t c đi u khi n
ắ ắ ả ồ Nguyên t c 1: nguyên t c thông tin ph n h i
ắ ắ ạ ươ ướ Nguyên t c 2 : nguyên t c đa d ng t ng x ng
ủ ộ ề ể ệ ở ể ạ ư ả Tính đa d ng c a b đi u khi n th hi n ậ kh năng thu th p thông tin,l u
Trang: 4
ữ ế ị ử ề ọ gi thông tin truy n tin,phân tích x lý ch n quy t đ nh,…
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ắ ổ ắ Nguyên t c 3 : nguyên t c b sung ngoài
ộ ệ ồ ạ ạ ộ ườ ụ ể ộ M t h thông luôn t n t i và ho t đ ng trong môi tr ng c th và tác đ ng
ạ ặ ườ qua l ẽ ớ i ch t ch v i môi tr ng đó
ắ ự ữ ắ Nguyên t c 4 : nguyên t c d tr
ư ầ ủ ỉ ề ấ ắ ẩ ắ Vì nguyên t c 3 luôn coi thông tin ch a đ y đ ph a đ phòng b t tr c x y ra
ượ ộ ự ượ ể ề ườ và không đ c dùng toàn b l c l ng trong đi u khi n bình th ng. v n d tr ố ự ữ
ệ ố ử ụ ể ả ư ầ ả ậ không s d ng nh ng c n đ d m b o cho h th ng v n hành an toàn.
ắ ắ ấ Nguyên t c 5 : nguyen t c phân c p
ứ ạ ầ ộ ệ ồ ề ớ ự ể ề ề ể ổ M t h th ng đi u khi n ph c t p c n xây d ng nhi u l p đi u khi n b
ườ ử ụ sung cho trung tâm.câu trúc th ấ ng s d ng là c u trúc hình cây.
ắ ắ ằ ộ Nguyên t c 6 : nguyên t c cân b ng n i
ộ ệ ố ộ ẻ ự ầ ả ằ ơ ế M t h th ng c n xây d ng c ch cân b ng n i đ có kh năng t ự ả gi i
ữ ế ả ộ ế quy t nh ng bi n đ ng x y ra.
ạ ệ ố ể ự ộ ề 1.1.3. Phân lo i h th ng đi u khi n t đ ng (ĐKTĐ)
ệ ệ ệ ạ ạ ổ ồ ị Phân lo i theo tín hi u ra g m có hai lo i tín hi u ra n đ nh và tín hi u ra
ươ ch ng trình.
ạ ố phân lo i theo s vòng kín
Trang: 5
ệ ở ố + h h : không có s vòng kín nào
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ư ệ ề ệ ệ ạ + h kín có nhiêu lo i nh h 1 còng kín,h nhi u vòng kín,…
ệ ạ ả phân lo i theo kh năng quan sát tín hi u
ệ ủ ệ ạ ụ + h liên t c : qua sát đ ượ ấ ả c t t c các tr ng thái c a h thông theo
ờ th i gian.
ụ ệ ượ ầ ộ + h không liên t c : quan sát đ ủ ệ ạ c m t ph n tr ng thái c a h
ệ ố ụ ố ườ ạ th ng.trong h th ng không liên t c ng i ta chia làm hai lo i là “
ự ệ ệ ạ ạ ớ ệ h thông gián đo n và h thông v i các s ki n gián đo n”
ạ ọ phân lo i theo mô hình toán h c
ủ ấ ả ầ ử ệ ế ặ ệ ố + h tuy n tính : đ c tính c a t t c các ph n t có trong h th ng
ơ ả ế ế ặ ồ tuy n tính. Đ c tính c b n: x p ch ng.
ộ ặ ầ ử ủ ệ ế ấ ộ + h phi tuy n : có ít nh t m t đ c tính tĩnh c a m t ph n t ộ Lf m t
hàm phi tuy n.ế
ầ ủ ệ ừ ệ ế ế + h thông tuy n tính hóa tuy n tính hóa t ng ph n c a h phi
ế ệ ớ ướ ể ượ ệ ế ầ ộ ố ề tuy n v i m t s đi u ki n cho tr c đ đ c h tuy n tính g n
đúng.
Trang: 6
1.1.4. Bi n đ i ế ổ Laplace
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ủ ụ ử ế ả ỏ ả Giã s có hàm f(t)liên t c,kh tích. nh laplace c a f(t) qua phép bi n đ i
ệ ượ ị laplace ,ký hi u F(p) đ c tính theo đ nh nghĩa:
ế p: bi n laplace
F(p): hàm nhả
f(t): hàm g cố
ề ạ 1.1.5. Hàm truy n đ t
ỉ ố ữ ạ ủ ệ ề ộ ớ ệ Hàm truy n đ t c a m t khâu (hay h thông) là t s gi a tind hi u ra v i
ệ ễ ễ ử ệ ề ớ tín hi u vào bi u di n theo toán t ệ laplace, ký hi u là W(p),v i các đi u ki n
ệ ầ ban đ u tri t tiêu.
V i ớ
Ý nghĩa
ề ạ ậ ế ấ ệ ố + Quan sát hàm truy n đ t, nh n bi t c u trúc h th ng
ệ ế ờ ổ ị ượ + Xác đ nh tín hi u ra theo th i gian(bi n đ i laplace ng c)
ệ ố ị ầ ậ ị ị + Xác đ nh các giá tr đ u, giá tr xác l p cũa h th ng
Trang: 7
ị ượ ệ ố ế ố + Xác đ nh đ ạ c heeh s khu ch đ i tĩnh cũa h th ng
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ạ ố ơ ồ ố 1.1.6. Đ i s s đ kh i
ộ ơ ồ ứ ạ ạ ố ơ ồ ề ạ ế ả ố ổ ơ ơ Đ i s s đ kh i là bi n đ i m t s đ ph c t p v d ng đ n gi n h n đ ể
ệ ệ ậ thu n ti n cho vi c tính toán.
ắ ố ế M c n i ti p
ắ M c song song
ắ ả ồ M c ph n h i
ươ ạ 1.1.7. Ph ng trình tr ng thái
Trang: 8
Khái ni mệ
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ộ ệ ố ố ớ ệ ả ầ ị ệ + đ i v i m t h th ng, ngoài tín hi u và tín hi u ra c n ph i xác đ nh,đôi
ụ ố ớ ộ ơ ệ ầ ạ ệ khi ta c n quan sát các tr ng thái khác. Ví d đ i v i đ ng c đi n là dòng đi n,
ố ộ ơ gia t c đ ng c v.v…
ệ ả ớ ườ ượ ằ ộ ả ế ế + Khác v i tín hi u ra ph i đo l ng đ c b ng các b c m bi n, các bi n
ặ ạ ượ ặ ị ượ ạ tr ng thái ho c đo đ c,ho c xác đ nh đ c thông qua các tr ng thái khác.
ừ ườ ượ ể ộ ị + T đó ng i ta xây d ng m t mô hình toán cho phép ta có th xác đ nh
ượ ế ạ đ c các bi n tr ng thái.
ủ ạ ổ ươ ạ D ng t ng quát c a ph ng trình tr ng thái .
ệ ố ệ ệ Xét h th ng có m tín hi u vào và tín hi u ra.
ệ H có :
ệ + m tín hi u vào:
ệ + r tín hi u ra:
ế ạ + n bi n tr ng thái:
ươ ả ọ ủ ệ ố ề ặ ờ ướ Ph ạ ng trình tr ng thái mô t toán h c c a h th ng v m t th i gian d i
ươ ạ d ng các ph ng trình vi phân.
Trang: 9
ượ ể ươ ấ ấ ệ ố H th ng đ ễ c bi u di n các ph ng trình vi phân b c nh t.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ủ ệ ố ề ầ ố ọ ủ ộ ặ 1.2. Đ c tính đ ng h c c a các khâu và c a h th ng trong mi n t n s
ố ượ ả ư ọ ượ ọ ng khác nhau có mô t toán h c nh nhau đ c g i là ữ Nh ng đ i t
ộ ố ầ ử ậ ọ ộ ọ ộ ươ khâu đ ng h c.có m t s khâu d ng h c không có ph n t v t lý nào t ng
ngứ
ệ ộ ộ tín hi u tác đ ng vào m t khâu
ệ ơ ị ậ + tín hi u b c thang đ n v
ệ ơ ị +tín hi u xung đ n v
ề ệ +tín hi u đi u hòa
ấ ỳ ể ệ ệ + và tín hi u b t k có th phân tích thành các tín hi u trên.
ả ứ ủ ộ 1.2.1. Ph n ng c a m t khâu
ị ố ớ ả ứ ủ ệ ộ Đ nh nghĩa : ệ ố Ph n ng c a m t khâu (h th ng) đ i v i tín hi u vào xác
Trang: 10
ủ ặ ặ ờ ộ ị đ nh chính là đ c tính quá đ hay đ c tính th i gian c a khâu đó.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ộ ủ ộ 1.2.1.1. Hàm quá đ c a m t khâu
ả ứ ộ ủ ủ ệ ộ ớ Hàm quá đ c a m t khâu là ph n ng c a khaau đó v i tín hi u vào 1(t)
ệ Ký hi u: h(t)
ứ ể Bi u th c:
ọ ượ ủ ộ 1.2.1.2. Hàm tr ng l ng c a m t khâu
ọ ượ ố ớ ả ứ ủ ủ ệ ộ Hàm tr ng l ng c a m t khâu là ph n ng c a khâu đ i v i tín hi u vào
ệ Ký hi u w(t)
ứ ễ Bi u th c :
ầ ố ủ ộ ặ 1.2.2. Đ c tính t n s c a m t khâu
ạ ầ ố ề 1.2.2.1. Hàm truy n đ t t n s
ỉ ố ữ ạ ủ ề ệ ộ ị Đ nh nghĩa: hàm truy n đ t c a m t khâu,ký hi u là W(jw).là t s gi a tín
ệ ệ ở ạ ệ ế ậ hi u vào và tín hi u ra tr ng thái xác l p khi tìn hi u vào bi n thên theo quy
ậ ề lu t đi u hòa.
ị Theo đ nh nghĩa:
ề ầ ố ậ Nh n xét: Hàm truy n t n s
ố ứ + Là s ph c
Trang: 11
ầ ố ụ ệ ộ + Ph thu c vào t n s tín hi u
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ặ ầ ố 1.2.2.2. Đ c tính t n s biên pha (nyquist)
ỹ ạ ủ ầ ố ề ặ ạ ị Đ nh nghĩa: Đ c tính t n s biên pha (ĐTBP) là qu đ o c a hàm truy n đ t
ứ ế ặ ẳ ầ ố t n s W(jw) trên m t ph ng ph c khi w bi n thiên
ấ ừ ạ ầ ố ễ ề ễ Xu t phát t cách bi u di n ham truy n đ t t n s W(jw) = P(w) + jQ(w)
ệ ụ ớ ụ ụ ự + Xây d ng h tr c v i tr c hoành P, tr c tung Q
ầ ố ế ẽ ắ + Khi w bi n thiên,v nét đ c tính t n s pha.
ầ ố ặ 1.2.2.3. Đ c tính t n s logarit (bode)
Trang: 12
ự ế ầ ố ủ ộ Quan sát s bi n thiên c a biên đ và góc pha theo t n s
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ố ộ ặ Đ c tính s biên đ logarit ĐTBL
ộ +hoành đ là w hay logw [dec]
ộ ượ ị + Tung đ L [dB]. Hàm L đ c xác đ nh
L = 20log A(w)
ẩ ệ ố ầ ố ế ệ ễ ế ễ ạ ĐTBL bi u di n bi n thiên cu h s khu ch đ i tín hi u theo t n s tín
ệ hi u vào.
ầ ố ặ Đ c tính t n s pha logarit ĐTPL
ộ + Hoành đ là w hay logw [dec]
ộ ượ ị + Tung đ đ c xác đ nh trong W(jw)
Trang: 13
ầ ố ủ ệ ế ễ ễ + ĐTPL bi u di n bi n thiên c a góc pha theo t n s tín hi u vào.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ộ ố ơ ả ộ ặ ọ ủ 1.2.3. Đ c tính đ ng h c c a m t s khâu c b n
1.2.3.1. Khâu t lỉ ệ
W(p) = K
ề ầ ố Hàm truy n t n s
ặ Đ c tính nyquist
P = K
Q = 0
ặ Đ c tính bode
L = 20lg K
Hàm quá độ
H(t) = K.1(t)
1.2.3.2. Khâu quán tính b c 1ậ
ạ ầ ố ề Hàm truy n đ t t n s
Trang: 14
ặ Đ c tính nyquist
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
K= 10; T = 1
ặ Đ c tính bode
Trang: 15
Hàm quá độ
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
1.2.3.3. Khâu vi phân lý t ngưở
W(p) = Kp
ạ ầ ố ề Hàm truy n đ t t n s
P = 0 , Q =Kw
A = Kw
ặ Đ c tính nuquist
ặ Đ c tính bode
L = 20lg K + 20 lg w
1.2.3.4. Khâu vi phân b c 1ậ
Trang: 16
W(p) = K (Tp + 1)
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ạ ầ ố ề Hàm truy n đ t t n s
P = K, Q = KTw
ặ Đ c tính nyquist
Trang: 17
ặ Đ c tính bode
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ủ ặ ậ Đ c tính bode c a khâu vi phân b c 1 ( K = 10, T = 0.1)
1.2.3.5. Khâu tích phân lý t ngưở
ạ ầ ố ề Hàm truy n đ t t n s
P = 0,
ặ Đ c tính nyquist
Trang: 18
ặ Đ c tính bode
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ủ ệ ố ổ ị ể ự ộ ề 1.3. Tính n đ nh c a h th ng đi u khi n t đ ng
ộ ệ ỉ ụ ủ ổ ộ ộ ị tính n đ nh c a m t h ch ph thu c vào quá trình quá đ ,còn quá trình xác
ổ ị ậ l p là quá trình n đ nh.
ệ ố ể ự ộ ế ấ ả ủ ệ ề ổ ị ươ H th ng đi u khi n t đ ng n đ nh n u t t c các nghi m c a ph ng
ự ặ ầ trình đ c tính có ph n th c âm
ể ự ộ ệ ề ủ ế ệ ấ ộ ỏ ị H thông đi u khi n t đ ng n đ nh n u cosit nh t m t nghi m c a
ươ ự ươ ầ ặ ph ng trình đ c tính có ph n th c d ng
ể ự ộ ệ ề ở ớ ổ ế ệ ấ ộ ị H thông đi u khi n t đ ng biên gi i n đ nh n u có nh t m t nghi m
ươ ệ ặ ầ ạ ủ c a ph ự ằ ng trình đ c tính có ph n th c b ng không, các nghi m còn l ầ i có ph n
ự th c âm.
ể ổ ị ề ệ ầ 1.3.1. Đi u ki n c n đ n đ nh
ể ộ ệ ố ệ ầ ế ề ổ ị ấ ả Đi u ki n c n đ m t h th ng ĐKTĐ tuy n tính n đ nh là t ệ t c các h
ươ ươ ố ủ s c a ph ặ ng trình đ c tính d ng.
ẩ 1.3.2. Tiêu chu n routh
ủ ể ệ ệ ầ ế ề ổ ị ấ ả Đi u ki n c n và đ đ h thông tuy n tính n đ nh là t ệ ố t c các h s
ả ươ ộ ứ ấ ủ ả ạ h ng trong c t th nh t c a b ng routh ph i d ng
ẫ ổ ị 1.3.3. Tiêu chu n n đ nh hurwitz
ủ ể ệ ệ ầ ệ ố ề ổ ị ị ế Đi u ki n c n và đ đ h thông tuy n tính n đ nh là các h s và các đ nh
Trang: 19
ứ ươ th c hurwitz d ng.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ẫ 1.3.4. Tiêu chu n Mikhailov
ủ ể ệ ệ ầ ế ễ ề ổ ồ ị ơ Đi u ki n c n và đ đ h thông tuy n tính n đ nh là bi u đ vect đa
ứ ặ ấ ừ ụ ự ươ ầ ư ượ th c đ c tính A(jw) xu t phát t tr c th c d ng quay n góc ph n t ng c
ề ồ ồ ừ chi u kim đ ng h khi tăng w t ế không d n vô cùng.
ẫ 1.3.5. Tiêu chu n nyquist
ầ ố ẫ ặ Tiêu chu n nyquist theo đ c tính t n s biên pha
ủ ể ệ ệ ầ ề ả ồ ổ ị Đi u ki n c n và đ đ h thông kín ph n h i 1 n đ nh là:
ệ ở ổ ặ ớ ổ ặ ị ị + Khi h h n đ nh ho c biên gi ủ ệ ầ ố i n đ nh, đ c tính t n s biên pha c a h
ể ở h không bao đi m M(1,j0).
ủ ệ ở ầ ố ệ ở ể ặ ổ ị + khi h h không n đ nh, đ c tính t n s biên pha c a h h bao đi m
ế ồ ừ ế ệ ớ M(1,j0) m/2 v ng kín khi w bi n thiên t khong đ n vô cùng, v i m là nghi m
ươ ủ ệ ở ự ươ ặ ầ ủ c a ph ng trình đ c tính c a h h có ph n th c d ng.
ầ ố ẫ ặ Tiêu chu n nyquist theo d c tính t n s logarit
ủ ể ệ ệ ở ổ ệ ầ ả ổ ị ị ồ Điêu ki n c n và đ đ h kín ph n h i 1 n đ nh khi h h n đ nh ( hay
ở ớ ổ ể ị ươ ằ ạ ố biên gi ố i n đ nh) là s giao đi m d ể ng b ng s giao đi m âm trong ph m vi
ể ầ ố t n s w đ L(w) > 0.
1.4. MATLAB
Trang: 20
ớ Gi ệ i thi u:
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ắ ủ ừ ế ộ ườ Matlb .tên viêt t t c a t ti ng anh matrix laboratory,là m t môi tr ng
ạ ậ ợ ọ m nh dành cho các tính toán khoa h c. nó tích h p các phép toán ma tr n va phân
ố ự ự ồ ọ ướ ơ ự ấ ố ượ ơ ả tích s d d a trên các hàm c b n. h n n a, c u trúc đ h a h ng đ i t ng
ẽ ấ ượ ạ ủ c a matlab cho phép t o ra các hình v ch t l ở ng cao.Ngày nay, matlab tr
ữ ẫ ộ ượ ử ụ ề ề ộ thành m t ngôn ng “chu n” đ c s d ng r ng rãi nhi u nghành và nhi u
ế ớ ố qu c gia trên th gi i.
ế ớ ữ ể ạ ấ ộ M t tính ch t m nh cũa matlab là nó có th liên k t v i các ngôn ng khác.
ế ằ ữ ể ọ Matlab có th g i các hàm vi t b ng ngôn ng Fortran,C hay C++, và ng ượ ạ c l i
ể ượ ọ ừ ữ các hàm trong matlab có th đ c g i t các ngôn ng này.
ế ị ộ ệ 1.4.1. Đ nh nghĩa m t h thông tuy n tính
ề ằ ị 1.4.1.1. Đ nh nghĩa b ng hàm truy n
ệ Câu l nh: sys = tf(num,den,T)
ệ ố ứ ở ử ố ậ ử ứ ế + num: vector ch a các h s đa th c s , b c t t ứ ấ cao đ n th p theo th
ự ệ ạ ử ệ ạ t ụ laplace (h liên t c) ho c theo toán t z (h gián đo n)
ệ ố ứ ở ẫ ố ậ ử ứ ấ +den: vector ch a các h s đa th c m u s , b c t ế cao đ n th p.
ỳ ấ ệ ẫ ạ ằ ỉ +T: chu k l y m u,ch dung cho h gián đo n(tính b ng s)
ằ ị ự 1.4.1.2. Đ nh nghĩa b ng zero và c c
ệ Câu l nh: sys = zpk(Z,P,K,T)
ự ủ ệ ố ứ ể Z,P: là các vector hàng ch a danh sách các đi m zero và c c c a h th ng.
Trang: 21
ệ ố ế ạ K là h s khu ch đ i
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ươ ạ 1.4.1.3. Ph ng trình tr ng thái
ệ câu l nh: sys = ss(A,B,C,D,T)
ữ ề ễ ễ ổ Chuy n đ i gi a các dangj bi u di n
ề ạ ễ + chuy n đ i t ổ ừ ươ ph ng trình tr ng thái sang hàm truy n
[num,den] = ss2tf(A,B,C,D)
ễ ừ ạ ự ề + chuy n t d ng zero/c c sang hàm truy n
ễ ừ ươ ạ + chuy nt ề hàm truy n sang ph ng trình tr ng thái
[A,B,C,D] = tf2ss(num,den)
trong đó:
ủ ệ ố ậ ạ ị + A,B,C,D: là các ma tr n tr ng thái đ nh nghĩa c a h th ng
ỳ ầ ố ấ ẫ + T: là chu k t n s l y m u.
ễ ỗ ữ ụ ạ 1.4.1.4. Chuy n đ i gi a liên t c và gián đo n
ộ ệ ố ụ S hóa m t h thông liên t c
ệ Câu l nh: sys_dis = c2d(sys,T,method)
ệ ố ạ ươ ứ ụ ệ + sys,sys_dis: h thông liên t c và h th ng gián đo n t ng ng
ấ ờ ẫ + Ts : th i gian l y m u
ươ ậ ấ ẫ ẫ ấ ấ ậ + method: ph ẫ ng pháp l y m u: ‘zoh’ l y m u b c 0, ‘foh’l y m u b c 1,
Trang: 22
ươ ‘tustin’ ph ng pháp Tustin…
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ụ ươ ứ ệ ố ệ ạ H liên t c t ng ng h th ng gián đo n
ệ Câu l nh: sys = d2c(sys_dis,menthod)
ế ổ ơ ồ ươ ươ 1.4.2. Bi n đ i s đ t ng đ ng
ắ ố ế m c n i ti p
ệ Câu l nh: sys = serires(sys1,sys2)
ắ M c song song
ệ Câu l nh: sys = parallel(sys1,sys2)
ả ắ ồ M c ph n h i
ệ Câu l nh: sys = feedback(sys1,sys2,sign)
ồ ươ ả ế ặ ả ế Sign = +1 n u ph n h i d ng và sign = 1 (ho c không co sign) n u ph n
ồ h i âm.
ệ ố 1.4.3. Phân tích h th ng
ờ ề 1.4.3.1. Trong mi n th i gian
ộ Hàm quá đ h(t)
ệ Câu l nh: step(sys)
ộ ố ườ ợ M t s tr ng h p khác:
ộ ừ ờ ể ể ờ ẽ + step(sys,t_end): v hàm quá đ t ế th i đi m t=0 đ n th i đi m t_end
Trang: 23
ệ ố ẽ ề ồ ờ + step(sys1,sys2,sys3,…): v hàm h(t) cho nhi u h th ng đ ng th i.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ư ứ ế ươ ứ + [y,t] = step(sys): tính đáp ng h(t) và l u vào các bi n y và t t ng ng
ọ ượ Hàm tr ng l ng w(t)
ệ Câu l nh: impulse(sys)
ề ầ ố 1.4.3.2. Trong mi n t n s
ặ Đ c tính bode
ệ Câu l nh: bode(sys)
ầ ố ủ ệ ố ẽ ặ ế V đ c tính t n s c a h th ng tuy n tính sys.
ộ ố ườ ợ M t s tr ng h p khác:
ẽ ặ ừ ầ ố ư + bode(sys,{w_start,w_end}): V đ c tính t ế ầ ố t n s _start đ n t n s
w_end.
ệ ố ẽ ặ ủ ề ờ ộ +bode(sys1,sys2,sys3,…): v đ c tính bode c a nhi u h th ng đ ng th i.
ư ấ ả ủ ặ ể + [mag,phi,w] = bode(sys,…) l u t t c các đi m tính toán c a đ c tính bode
ớ ầ ố ươ ứ ứ vào vector mag,phi ng v i t n s w t ng ng.
ặ Đ c tính nyquist
Câu l nh:ệ
+ nyquist(sys)
+ nyquist(sys,{w_start,w_end})
Trang: 24
+ nyquist(sys,w)
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
+ nyquist(sys1,syst2,sys3,…,w)
+ [real,ima,w] = nyquist(sys,…)
ặ Đ c tính Nichols
ệ Câu l nh: + nichols(sys)
+ nichols(sys,{w_start,w_end})
+ nichols(sys,w)
+ nichols(sys1,sys2,sys3,…,w)
+ [mag,phi,w] = nichols(sys,…)
1.4.4. Simulink
ệ ố ế ụ continuous : h th ng tuy n tính và liên t c
ệ ố ế ạ discrete : h th ng tuy n tính gián đo n
ệ ố source : các kh i tín hi u
ậ ệ sinks : các khôi thu nh n tín hi u
ủ ậ Function & Table : các hàm b c cao c a matlab
ố ủ ớ ươ ứ math : các kh i c a simulink v i các hàm t ủ ng ng c a matlab
Trang: 25
ệ ố ệ ệ ố signals & system : các kh i liên h tín hi u,h th ng con…
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ƯƠ
ự
ả
ứ ướ
CH
NG II.
Xây d ng và mô t
bài toán m c n
c trong bình
ố ượ 2.1. Mô hình đ i t ng
ệ ộ ở Tín hi u vào là đ m
ặ ư ượ (ho c l u l ủ ng) c a van
vào In Flow(F1) , tín hi u ệ
ấ ỏ ứ ra là m c ch t l ng trong
ễ bình level (h),còn nhi u là
ộ ở ủ đ m c a van ra Out
Flow(F2)
ự 2.2. Xây d ng mô hình toán
ệ ố ọ h c cho h th ng
F2
Trang: 26
F1 h
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ươ ậ ấ Ph ằ ng trình cân b ng v t ch t:
ế ệ ắ ủ Trong đó: A :là ti t di n c t ngang c a bình ch ứa
ư ượ ướ ng n c vào F1:L u l
ư ượ ướ ng n c ra F2:L u l
ự ướ ề h: Chi u cao m c n c trong bình.
(2)
ươ ộ ỡ ủ ớ ạ : ( V i I là đ m c a van ) Ph ng trình (2) có d ng
ế Laplace 2 v ta đ ượ : c
Trang: 27
ớ (V i A*I = T;I = T/A)
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ề ủ ệ ố ẽ ậ ấ Do van là khâu quán tính b c nh t nên hàm truy n c a h th ng s có
d ngạ .
ọ ủ ệ ố ộ ả ặ 2.3. Kh o sát các đ c tính đ ng h c c a h th ng:
ề ủ ệ ố ậ ớ V i K =8; T=10 .V y hàm truy n c a h th ng là:
ộ ủ ệ ố Hàm quá đ c a h th ng
ươ Ch ng trình:
>> num = 8;
>> den =[10 1];
>> w= tf(num,den);
>> step(w)
>> grid on
Trang: 28
ượ Ta đ c (hình 2.1)
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ộ ồ ị Hình 2.1:Đ th hàm quá đ
ọ ượ Hàm tr ng l ủ ệ ng c a h th ng.ố
ươ Ch ng trình:
>> num = 8;
>> den =[10 1];
>> w= tf(num,den);
>> impulse(w)
>> grid on
Trang: 29
ượ Ta đ c (hình 2.2)
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ồ ị ượ Hình 2.2:Đ th hàm ọ tr ng l ng
ủ ệ ố ặ Đ c tính biên pha c a h th ng
ươ Ch ng trình:
>> num = 8;
>> den =[10 1];
>> w= tf(num,den);
>> nyquist(w)
Trang: 30
>> grid on
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ượ Ta đ c (hình 2.3)
ủ ệ ố ặ Hình 2.3:Đ th ồ ị đ c tính biên pha c a h th ng
ầ ặ Đ c tính t n loga
ươ Ch ng trình:
>> num = 8;
>> den =[10 1];
Trang: 31
>> w= tf(num,den);
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
>> bode(w)
>> grid on
ượ Ta đ c (hình 2.4)
Hình
ồ ị 2.4:Đ th hàm Loga
N h n xét: ậ
ệ ố ạ ằ ế ồ ậ ộ H th ng g m 1 khâu khu ch đ i b ng 8, và m t khâu quán tính b c 1
ừ ồ ị ọ ượ ộ ỉ ấ ạ ộ ị ng và hàm quá đ ta th y Biên đ đ nh đ t giá tr T đ th hàm tr ng l
ộ ọ ố ứ ờ 8.0 và không có đ v t l . Th i gian xác l p ậ (đáp ng) ủ ệ ố c a h th ng là 39.1s .
ủ ệ ố ấ ườ ặ ở ặ T đ th ừ ồ ị đ c tính biên pha c a h th ng h ta th y đ ng d c tính không
Trang: 32
ể ậ ở ạ ổ ị bao quanh đi m (1,j 0) v y h th ệ ống d ng kín n đ nh.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ừ ồ ị ặ ồ ị ệ ầ ạ ầ ấ T đ th Đ c tính t n loga ta th y đ th pha Bode nó ti m c n t ậ ớ t i i t n
ạ ầ ố ố ấ s th p và t i t n s cao.
ế
ế ộ ề
Ch
ngươ III :Thi
t K B Đi u Khi n
ể PID
Trang: 33
ố ị 3.1.Xác đ nh thông s PID
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ơ ồ ấ ư Ta có s đ c u trúc nh sau:
ạ ượ Sau khi ch y ta đ c (hình 1.3)
ử ổ ể ả Hình 1.3:Hình nh sau khi chuy n sang c a s Figure.
ị ượ ố ươ c tham s L và T theo ph ng pháp Ziegler Nichols nh ư
( Ta xác đ nh đ hình 1.3 )
ả ứ ư ả ờ ớ ầ Trong đó:L: Là kho ng th i gian đ u ra h(t) ch a có ph n ng ngay v i
Trang: 34
ầ kích thích 1(t) tai đ u vào.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
∞ = .
ị ớ ạ i h n h K: Là giá tr gi
ả ầ ờ ế ế ủ ể ế ạ t sau L đ ti p tuy n c a h(t) đ t giá T: Là kho ng th i gian c n thi
tr Kị
ố ượ ộ ề ể ố ư ố ấ ậ Đ i t ng là khâu quán tính tích phân b c nh t nên b đi u khi n t i u đ i
ẽ ể ộ ề ứ x ng s là b đi u khi n PID:
Tính:
Tính:
Tính:
ệ ố ệ ố ệ ố ế ạ (: h s tích phân;: h s khu ch đ i;: h s vi phân )
ượ ừ ồ ị T đ th ta ị xác đ nh đ ố c các thông s :
T = 11.9
L = 1
K = 8
Suy ra: KP =1.785 KI=0.8925 KD=0.8925
Trang: 35
ỏ 3.2. Mô ph ng trên simulink
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ạ ươ Sau khi ch y ch ng trình:
Trang: 36
ử ổ ể Chuy n sang c a s Figure
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ứ ư ả ờ ơ ớ ậ Nh n xét : +> Th i gian đáp ng kho ng 9s.nhanh h n 30.1s so v i khi ch a
ệ ố ề ể ộ ượ ả ệ ủ ụ s d ng b đi u khi n PID.H th ng đ c c i thi n
Trang: 37
ộ ọ ố +> Đ v t l :10%.
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ử ụ ố ị 3.3.S d ng simulink tuning xác đ nh thông s PID
(cid:0) ượ ố ạ Sau khi ch y tuning ta đ c thông s PID (hình 3.1)
ử ụ ố Hình 3.1:Thông s PID khi s d ng tuning
Trang: 38
(cid:0) ệ ố ử ụ ượ ố S d ng các thông s trên vào h th ng ta đ c (hình 3.2)
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ồ ị ủ ệ ố ộ ề ể ử ụ Hình 3.2:Đ th c a h th ng s d ng b đi u khi n PID tunning
ử ổ ể Chuy n sang c a s Figure
ệ ố ứ ả ờ ượ ả ậ Nh n xét ủ ệ ố : +> Th i gian đáp ng c a h th ng kho ng 28s.h th ng đ c c i
ư ử ụ ộ ề ể ệ ớ thi n 28.3%. so v i khi ch a s d ng b đi u khi n PID tunning
Trang: 39
ố ộ ọ ố ả ử ụ ộ +> Đ vót l :6.66% ( đ v t l gi m khi s d ng Simulink tuning )
ồ ỹ ồ ươ Đ Án 1 GVHD:Th.S.H S Ph ng
ế
ậ
K t Lu n.
ấ ằ ề ề ủ ể ầ ậ ọ Qua quá trình tìm hi u v đ tài em nh n th y r ng t m quan tr ng c a
ả ưở ể ế ầ ộ ộ ề đ tài là r t l n. ấ ớ Có nh h ng r ng,là m t ph n không th thi u trong v ề ệ i c đi u
ẳ ị ượ ể ti ế ướ ở ồ ậ vv và ngày càng kh ng đ nh đ h ,đ p.. t n c ế c vai trò không th thay th
ượ ề ấ ạ ư ể ạ ơ đ c.Qua bài thu ho ch này, em đã hi u rõ h n v c u t o cũng nh nguyên lí
ạ ộ ệ ố ế ậ ể ơ ớ ho t đ ng c a ề ủ h th ng đi u khi n m c n ệ ự ướ ,ti p c n g n h n v i các h ầ c
ề th ng ố đi u khi n ể th c t ự ế .
ố ế ứ ủ ự ề ệ Qua quá trình th c hi n đ tài,đã giúp em c ng c ki n th c lý
ử ụ ứ ụ ủ ư ế ạ ơ thuy t,cũng nh thành th o h n trong s d ng ng d ng c a MATLAB &
ệ ố ự ư ề ể ể ả ố SIMULINK đ kh o sát h th ng,cũng nh xây d ng kh i đi u khi n PID.
ệ
ả Tài li u tham kh o:
(cid:0) ề ể ế ễ ế Lý Thuy t Đi u Khi n Tuy n Tinh.GS.TS.Nguy n Doãn
ướ Ph c.NXBKHKT2009
(cid:0) ề ễ ế ể ườ ế Lý Thuy t Đi u Khi n Tuy n Tinh.GS.TS.Nguy n Th ng Ngô
(cid:0) MATLAB & SIMULINK .GS.TS.Nguy n Phùng Quang.2006
Trang: 40
ễ
